Este documento apresenta os resultados de um estudo sobre a adaptação óssea e distribuição de tensões num fémur com implante. Foram simulados diferentes cenários para analisar os efeitos da variação do diâmetro e material da prótese e do tipo de ligação entre o osso e a prótese. Os resultados indicam que diâmetros maiores, materiais isoelásticos e ligação por contacto reduzem o efeito de stress shielding.

1. Mestrado em Engenharia Biomédica
Estudo da adaptação Óssea e
distribuição de tensão num
fémur com implante
Biomecânica dos Tecidos
Grupo 4
Joana Paulo 72455
João Costa 62850
Rui Pinto 62842
Lisboa, 23 de Maio de 2012

2. Contextualização

3. Modelo de adaptação
Δt: 0.1
B: 0.15
S: 0.4
K: 0.85 J/g
Nº iterações: 100
Densidade inicial: 1 g/cm3

4. Implementação
Modelo
MATLAB de
Huiskes
Energia
de
ABAQUS
Deforma
ção

5. Simulações
• Osso Sem Prótese
• Inferior (10mm e 8,5 mm)
Diâmetro
• Superior (14 mm e 12mm)
• Por contacto
• Osso Com Prótese: Ligação
• Tipo Tie
• Aço
Material
• Isoelástico

6. Osso Sem Prótese
• Geraram-se tensões e densidades mais elevadas nas regiões de aplicação das forças;
• Junto ao encastramento, observaram-se tensões e densidades elevadas;
• As densidades evoluíram para valores dentro da gama [0,01; 1,74]g/cm3, pelo que são aceitáveis
Tensões Densidades

7. Osso Sem Prótese
• Identificou-se claramente o canal medular, mas não foi possível identificar o triângulo de Ward.

8. Efeitos da variação do diâmetro da prótese
• Para diâmetros menores, as tensões na prótese são superiores;
Menor diâmetro VS Maior Diâmetro

9. Efeitos da variação do diâmetro da prótese
• Para diâmetros maiores, o efeito de stress-shielding é mais notório
Menor diâmetro VS Maior Diâmetro

10. Efeitos da alteração do tipo de ligação entre a prótese e o
fémur
• A distribuição de tensões é idêntica, mas…….
Ligação Tipo Tie (Cimentada) VS Ligação Por Contacto (Press-Fit)

11. Efeitos da alteração do tipo de ligação entre a prótese e o
fémur
….Do ponto de vista do stress-shielding, a prótese tipo press-fit é melhor.
Ligação Tipo Tie (Cimentada) VS Ligação Por Contacto (Press-Fit)

12. Efeitos da modificação do material da prótese
Para um material isoelástico observa-se:
• Uma distribuição mais homogénea das cargas entre osso e prótese;
Material Isoelástico vs Aço

13. Efeitos da modificação do material da prótese
Para um material isoelástico observa-se:
• Diminuição do efeito de stress shielding.
Material Isoelástico vs Aço

14. DISCUSSÕES
Comentários • Os dois casos de carregamento utilizados não são
representativos da actividade diária de um sujeito;
ao método • O modelo de Huiskes não considera limites à velocidade
de adaptação;
utilizado • Partimos de uma densidade constante e igual a 1 g/cm3
em todas as simulações.

15. CONCLUSÕES
Minimizar Resistência
os danos mecânica
no tecido adequada
ósseo da prótese

16. REFERÊNCIAS
Jacobs, C. et al. (1995), Numerical Instabilities in Bone Remodeling
Simulations: advantages of a Node-based Finite Element Approach,
Journal of Biomechanics, Vol. 28, No 4, pp. 449-459.
Huiskes, R. et al. (2001), Hip-joint and abductor-muscle forces
adequately represent in vivo loading of a cemented total hip
reconstruction, Journal of Biomechanics, Vol. 34, pp. 449-459.
Folgado, J. (2007), Apontamentos da Disciplina de Biomecânica dos
Tecidos, DEM, IST.
Martin, R. et al. (1993), Skeletal Tissue Mechanics, Springer,
New York.
Ratner, Buddy D. e Hoffman, Alan S. (2004), An Introduction to Materials
in Medicine, 2a Edição, Elsevier Academic Press, UK.